التطبيع هو عملية معالجة حرارية يتم فيها إعادة تسخين قطعة العمل المبردة إلى درجة حرارة مناسبةأقل من درجة الحرارة الحرجة Ac₁, والاحتفاظ بها عند تلك الدرجة لفترة معينة، ثم تبريدها بمعدل محدد لتعزيز متانة المادة. إنها عملية حاسمة تحدد البنية المجهرية وخصائص الفولاذ في حالة الخدمة.
على الرغم من أن الفولاذ المبرد (مثل الفولاذ ذو البنية المارتينسيتية) يظهر صلابة عالية جدًا ومقاومة للتآكل، إلا أنه يعاني من مشكلتين رئيسيتين: أولاً، تبقى كمية كبيرة من إجهاد التبريد الداخلي المتبقي بالداخل، مما يتسبب بسهولة في تشقق أو تشوه الجزء الفولاذي؛ ثانيًا، لديه متانة ضعيفة للغاية وهشاشة عالية، مما يجعله غير قادر على تحمل الصدمات أو الأحمال المعقدة. من خلال تعديل درجة حرارة التسخين ووقت الاحتفاظ، يعالج التطبيع هذه المشكلات على وجه التحديد، مع الأهداف المحددة التالية:
- إزالة الإجهاد الداخلي: يوفر التسخين لذرات الفولاذ درجة معينة من الحركة، مما يخفف الإجهاد الداخلي الناتج عن التحول المجهري السريع أثناء التبريد (مثل التبريد السريع للأوستينيت إلى المارتينسيت) وتقليل خطر التشقق أثناء المعالجة أو الخدمة اللاحقة للجزء الفولاذي.
- تعديل الخصائص الميكانيكية: "تخصيص" خصائص الفولاذ وفقًا للمتطلبات. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب صلابة عالية (مثل أدوات القطع والقوالب)، يمكن اختيار التطبيع منخفض الحرارة للحفاظ على معظم الصلابة المبردة؛ بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب متانة عالية (مثل الأعمدة والتروس)، يمكن استخدام التطبيع عالي الحرارة لتحسين المتانة بشكل كبير مع تقليل بعض الصلابة.
- تثبيت البنية المجهرية والأبعاد: تحويل البنية المجهرية غير المستقرة المبردة (مثل المارتينسيت، الأوستينيت المحتفظ به) إلى بنية أكثر استقرارًا (مثل المارتينسيت المعتدل، السوربيت)، ومنع تقلبات الأبعاد الناجمة عن التغيرات المجهرية المستمرة أثناء الخدمة طويلة الأجل وضمان الدقة.
- تحسين قابلية التشغيل: تقليل صلابة الفولاذ المبرد لتسهيل المعالجة الميكانيكية اللاحقة مثل القطع والطحن (مثل أن يصبح فولاذ الأدوات أسهل في الطحن بعد التطبيع).
- أجزاء الفولاذلا يمكن استخدامها مباشرة بعد التبريدويجب تطبيعها على الفور.
- تعديل صلابة وصلابة وليونة ومتانة قطعة العمل لتلبية متطلبات أداء الخدمة. يتمتع الفولاذ المبرد بشكل عام بصلابة وهشاشة عالية، ويمكن للتطبيع تعديل صلابته ومتانته.
- إزالة أو تقليل الإجهاد الداخلي المتبقي المتولد أثناء التبريد لمنع التشوه أو التشقق.
- تثبيت البنية المجهرية والأبعاد لضمان الدقة. تتكون البنية المجهرية للفولاذ المبرد من المارتينسيت المبرد والأوستينيت المحتفظ به، وكلاهما غير مستقر ويميل إلى التحول إلى هياكل مستقرة (أي، يتحول تلقائيًا إلى الفريت والسمنتيت). يمكن أن يتسبب هذا التحول في تغييرات في حجم وشكل قطعة العمل. يحول التطبيع المارتينسيت المبرد والأوستينيت المحتفظ به إلى هياكل مجهرية أكثر استقرارًا، مما يضمن عدم وجود تغييرات في الحجم أو الشكل أثناء الخدمة.
تتضمن عملية التطبيع أربعة أنواع من التفاعلات: تحلل المارتينسيت؛ ترسيب الكربيدات وتحولها وتجميعها ونموها؛ استعادة وإعادة تبلور الفريت؛ وتحلل الأوستينيت المحتفظ به.
عندما يتم تسخين الفولاذ المبرد إلى أقل من 200 درجة مئوية، تبدأ كربيدات ε الدقيقة (FeₓC) في الترسيب من المارتينسيت، مما يقلل من التشبع المفرط للمارتينسيت والقضاء جزئيًا على الإجهاد الداخلي. تسمى البنية المجهرية المكونة من كربيدات ε فائقة الدقة ومحلول α الصلب منخفض التشبعالمارتينسيت المعتدل (Mₜₑₘₚ).
بعد أن يتحول المارتينسيت المبرد إلى مارتينسيت معتدل، يتقلص حجمه، مما يقلل الضغط على الأوستينيت المحتفظ به. في هذه المرحلة، يتحلل الأوستينيت المحتفظ به لتكوين بنية بينيتية.
هذا التحول واضح نسبيًا في الفولاذ متوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون. بالنسبة للفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك الذي يحتوي على نسبة كربون أقل من 0.4٪، فإن كمية الأوستينيت المحتفظ به صغيرة جدًا بحيث يكون هذا التحول ضئيلاً بشكل أساسي. لذلك، تظل البنية المجهرية المعتدلة هي المارتينسيت المعتدل عند 200–300 درجة مئوية.
عندما تتجاوز درجة الحرارة 250 درجة مئوية، يكتمل تحلل المارتينسيت، وتختفي رباعية الأضلاع. تتحول كربيدات ε إلى سمنتيت (Fe₃C) دقيق ومستقر، ويتم القضاء على معظم الإجهاد الداخلي للتبريد. ينتج التطبيع بين 300–500 درجة مئوية بنية مجهرية مختلطة تتكون من مصفوفة فريت وعدد كبير من السمنتيت الحبيبي الدقيق المتناثر، والمعروفة باسمالتروستيت المعتدل (Tₜₑₘₚ).
عندما تصل درجة حرارة التطبيع إلى ما فوق 400 درجة مئوية، تخضع الفريت الصفائحية للتعدد، بينما تتكور حبيبات Fe₃C الدقيقة وتتجمع لتنمو. يتم القضاء على إجهاد التبريد الداخلي تمامًا. ينتج التطبيع بين 500–650 درجة مئوية بنية مجهرية تتكون من مصفوفة فريت مضلعة مع سمنتيت حبيبي كبير نسبيًا موزع في جميع أنحاءها، يسمىالسوربيت المعتدل (Sₜₑₘₚ).
يتم تصنيف التطبيع إلى تطبيع منخفض الحرارة، وتطبيع متوسط الحرارة، وتطبيع عالي الحرارة بناءً على نطاق درجة الحرارة.
- درجة حرارة التطبيع: 150–250 درجة مئوية
- البنية المجهرية: المارتينسيت المعتدل (Mₜₑₘₚ) — مزيج من كربيدات ε فائقة الدقة ومحلول α الصلب منخفض التشبع. تحت المجهر الضوئي، يظهر المارتينسيت المعتدل باللون الأسود، بينما يظهر الأوستينيت المحتفظ به باللون الأبيض.
- الغرض: الحفاظ على الصلابة العالية (عادةً 58–64 HRC) ومقاومة التآكل لقطعة العمل المبردة، مع تقليل إجهاد التبريد المتبقي والهشاشة.
- التطبيقات: تستخدم بشكل أساسي للمعالجة الحرارية لأدوات الفولاذ عالي الكربون، وأدوات القطع، وأدوات القياس، والقوالب، ومحامل الدرفلة، والأجزاء المكربنة، والأجزاء المبردة السطحية.
- درجة حرارة التطبيع: 350–500 درجة مئوية
- البنية المجهرية: التروستيت المعتدل (Tₜₑₘₚ) — بنية مجهرية من السمنتيت الحبيبي الدقيق الموزع على مصفوفة فريت تحتفظ بالشكل المارتينسيتي.
- الغرض: تحقيق حد مرن عالٍ، وقوة خضوع، ودرجة معينة من المتانة؛ يتم القضاء على معظم الإجهاد الداخلي، مع صلابة تبلغ 35–45 HRC.
- التطبيقات: تستخدم في المقام الأول للمعالجة الحرارية للينابيع، والينابيع اللولبية، وقوالب التشكيل، وأدوات التأثير.
- درجة حرارة التطبيع: 500–650 درجة مئوية
- البنية المجهرية: السوربيت المعتدل (Sₜₑₘₚ) — بنية مجهرية من Fe₃C الحبيبي الموزع على مصفوفة فريت مضلعة.
- الغرض: الحصول على خصائص ميكانيكية شاملة ممتازة (قوة متوازنة، ليونة، ومتانة)؛ يتم القضاء على الإجهاد الداخلي تمامًا، مع صلابة تبلغ 25–35 HRC. نظرًا لأن السوربيت المعتدل يتمتع بخصائص ميكانيكية شاملة جيدة، فإن الجمع بين "التبريد + التطبيع عالي الحرارة" يشار إليه عادةً باسمالتبريد والتطبيع (QT), أو ببساطة "التطبيع" بالمعنى الواسع.
- التطبيقات: يستخدم التبريد والتطبيع بشكل أساسي كمعالجة حرارية نهائية لأجزاء هيكلية مهمة مختلفة (مثل قضبان التوصيل والأعمدة والتروس الخاضعة لأحمال متناوبة ومتطلبات مقاومة إجهاد عالية). غالبًا ما يستخدم أيضًا كمعالجة مسبقة للحرارة للأجزاء المبردة السطحية، والأجزاء النيتريدية، وأدوات القطع الدقيقة، وأدوات القياس، والقوالب.
يجب ملاحظة أن نطاقات درجات الحرارة المذكورة أعلاه لعمليات التطبيع تنطبق على الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك، ولا تنطبقعلى الفولاذ متوسط وعالي السبائك مع محتوى عنصر سبائك عالي.
تتغير متانة تأثير الفولاذ المبرد مع درجة حرارة التطبيع. مع زيادة درجة حرارة التطبيع، تميل صلابة الفولاذ إلى الانخفاض، بينما تزداد المتانة بشكل عام. ومع ذلك، تظهر قيمتان دنيا في نطاقات درجات الحرارة 250–400 درجة مئوية و 450–650 درجة مئوية. تسمى هذه الظاهرةالتقصف بالتطبيعوتنقسم إلى تقصف بالتطبيع منخفض الحرارة وتقصف بالتطبيع عالي الحرارة.
يشير هذا إلى الهشاشة التي يظهرها الفولاذ المبرد عند تطبيعه عند 250–400 درجة مئوية. نظرًا لأنه لا يمكن إزالة الهشاشة المتكونة مرة واحدة عن طريق إعادة التسخين، فإنها تسمى أيضًاالتقصف بالتطبيع غير القابل للعكس. السبب الرئيسي هو أنه أثناء التطبيع في نطاق درجة الحرارة هذا، يتحلل المارتينسيت، ويترسب السمنتيت عند حدود الحبوب، مما يقلل من قوة كسر حدود الحبوب ويدمر استمرارية المصفوفة. تظهر جميع أنواع الفولاذ تقريبًا هذا النوع من التقصف بالتطبيع، ولا توجد حاليًا طريقة فعالة للقضاء عليه تمامًا. لذلك، لا يتم تطبيع الفولاذ المبرد بشكل عام في نطاق 250–350 درجة مئوية.
يشير هذا إلى الهشاشة التي يظهرها الفولاذ المبرد عند تبريده ببطء بعد التطبيع في نطاق 450–650 درجة مئوية. يمكن استعادة المتانة إذا أعيد تسخين الفولاذ إلى ما فوق 600 درجة مئوية وتبريده بسرعة، لذلك يسمى أيضًاالتقصف بالتطبيع القابل للعكس.
يحدث هذا النوع من الهشاشة بشكل أساسي في الفولاذ الهيكلي الذي يحتوي على عناصر سبائك مثل Cr و Ni و Si و Mn. السمة الرئيسية هي أن التبريد السريع (تبريد الزيت) بعد التطبيع لا يسبب الهشاشة، بينما يسبب التبريد البطيء (تبريد الهواء). عندما يجب تطبيع هذه الفولاذات في درجات حرارة عالية، يتم تسخينها عادةً إلى ما فوق 600 درجة مئوية وتبريدها بسرعة. بالطبع، التبريد السريع من هذه الدرجة لا يسبب التصلب، حيث لا يحدث الأوستينيت.
بشكل عام، للحصول على خصائص ميكانيكية شاملة جيدة، غالبًا ما يتم تطبيع الفولاذ الهيكلي السبائكي في ثلاثة نطاقات درجات حرارة مختلفة: الفولاذ فائق القوة عند حوالي 200–300 درجة مئوية؛ فولاذ الزنبرك حوالي 460 درجة مئوية؛ والفولاذ المبرد والمطبع عند 550–650 درجة مئوية. يتم تطبيع الفولاذ الكربوني وسبائك الأدوات، والتي تتطلب صلابة وقوة عالية، بشكل عام في درجات حرارة لا تتجاوز 200 درجة مئوية. يتم تطبيع الفولاذ الهيكلي السبائكي، وفولاذ القوالب، والفولاذ عالي السرعة في نطاق 500–650 درجة مئوية.
- التطبيع لا معنى له بالنسبة لـالفولاذ المبرد غير المعالج; لذلك، يتم استخدامه كعملية معالجة حرارية نهائية جنبًا إلى جنب مع التبريد.
- لمنع تشوه أو تشقق الأجزاء المبردة أثناء التخزين، يجبتطبيع الأجزاء الفولاذية على الفور بعد التبريد.
- يمكن تعويض التطبيع غير الكافي عن طريق عملية تطبيع إضافية مناسبة؛ ومع ذلك، إذا حدث تطبيع مفرط، فسيتم إهدار جميع الجهود السابقة، ويجب تبريد الجزء مرة أخرى.
- التطبيعليس طريقة تصلب; على العكس من ذلك، فإنه يتضمن إعادة تسخين الفولاذ المقسى المعالج حرارياً لتخفيف الإجهاد، وتليين المادة، وتحسين الليونة.
- تعتمد التغييرات المجهرية وتعديلات الخصائص الناتجة عن التطبيع على درجة الحرارة التي يتم عندها إعادة تسخين الفولاذ. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كانت التأثيرات أكثر أهمية. لذلك، يعتمد اختيار درجة الحرارة عادةً على مدى التضحية بالصلابة والقوة لاكتساب الليونة والمتانة.
يجب أن تكون رسالتك بين 20-3000 حرف!